Nieuw onderzoek laat zien dat vissenhersenen onderling veel meer verschillen dan gedacht. Dat inzicht heeft grote gevolgen voor ons beeld van hersenevolutie.
Voor elke twee levende gewervelde dieren op aarde is er één een vis. En veruit de meeste vissen zijn straalvinnige vissen: de groep waartoe onder meer zalm, tonijn, goudvis en forel behoren. Samen tellen ze ongeveer 35.000 soorten. Ze leven op bijna elke denkbare plek in het water: van diepe oceanen tot bergrivieren, van het Amazonegebied tot kleine woestijnpoelen.
Toch weten we opvallend weinig over hun hersenen. Dat is vreemd, vinden de onderzoekers achter een nieuwe studie die te vinden is in het vakblad Proceedings of the Royal Society B. “Hoe kunnen we doen alsof we begrijpen hoe evolutie werkt, en vooral hoe hersenen evolueren, als we bijna niets weten over de helft van alle gewervelde dieren?”, zegt onderzoeker Rodrigo Figueroa van Harvard University.
Leestip: De Baai van San Francisco blijkt extreem gevaarlijk te zijn voor grijze walvissen
Figueroa en collega Stephanie Pierce besloten daarom om letterlijk in vissenkoppen te kijken. Dat deden ze met een speciale CT-techniek waarmee niet alleen botten, maar ook zachte weefsels zichtbaar worden. Zo konden ze de hersenen en de ruimte daaromheen in 3D in beeld brengen. Zo’n scan heet een endocast: een afdruk van de binnenkant van de schedel.
Daaruit kwam een verrassend beeld naar voren. Bij veel zoogdieren en reptielen past het brein vrij strak in de schedel. Daardoor kun je aan de binnenkant van een schedel vaak redelijk goed zien hoe het brein eruitzag. Maar bij straalvinnige vissen gaat die regel vaak niet op. Sommige vissen hebben een brein dat een groot deel van de schedelholte vult. Bij andere soorten neemt het brein minder dan 5 procent van die ruimte in.
“Bij zoogdieren lijkt zo’n endocast vaak sterk op het echte brein”, legt Pierce uit. “Maar bij deze vissen zie je kleine hersenen, grote hersenen, gladde hersenen en sterk gevouwen hersenen. De hoeveelheid variatie is verbazingwekkend.”
Ruime schedelholte
Die extra ruimte in de schedel is niet zomaar ‘leeg’. Er zitten onder meer hersenvocht, bloedvaten en soms speciale weefsels die te maken hebben met de bloedproductie en het afweersysteem. Volgens de onderzoekers kan zo’n ruime schedelholte ook bescherming bieden. “Het weefsel rond het kleine brein kan werken als een soort stootkussen”, zegt Figueroa. “Het houdt het brein veilig bij klappen of sterke drukverschillen.”
Vooral diepzeevissen lijken relatief kleine hersenen te hebben ten opzichte van hun schedelholte. Dat kan te maken hebben met hun extreme leefomgeving. Op grote diepte is de druk enorm en zijn energie en voedsel vaak schaars. Een kleiner brein kan dan een voordeel zijn, al benadrukken de onderzoekers dat waarschijnlijk meerdere oorzaken daar een rol in spelen.
Hersengroei
De studie laat ook zien dat hersenen tijdens de groei sterk kunnen veranderen. Bij moddersnoeken vult het brein bij jonge dieren bijna de hele schedelholte. Bij volwassen dieren daalt dat aandeel sterk. Een vergelijkbaar, maar nog extremer patroon is eerder gezien bij de coelacant, een beroemd ‘levend fossiel’.
Dat is belangrijk voor paleontologen. Fossiele hersenen blijven bijna nooit bewaard. Daarom gebruiken onderzoekers vaak een endocast van fossiele schedels om iets te zeggen over de hersenen van uitgestorven dieren. Bij veel gewervelden, zoals vogels en zoogdieren, werkt dat redelijk goed. Maar bij straalvinnige vissen kan dat misleidend zijn.
Vooral een waarschuwing
Pierce noemt de studie daarom “een waarschuwing”. Volgens Pierce gingen onderzoekers er lang van uit dat de vorm van een fossiele schedelholte direct iets zei over de vorm en grootte van het brein. “Voor veel gewervelde dieren is dat een redelijke aanname”, zegt Pierce. “Maar voor vissen geldt dat niet zomaar.”
De ontdekking maakt duidelijk dat de hersenen van zoogdieren en vogels misschien niet de standaard zijn, maar eerder de uitzondering. Hun hersenen zijn relatief strak verpakt en lijken vaak sterk op elkaar in bouwplan. Straalvinnige vissen laten juist zien hoeveel routes de evolutie kan nemen.
Voor de onderzoekers is dit nog maar het begin. Ze onderzochten ruim tachtig soorten, terwijl er ongeveer 35.000 straalvinnige vissoorten bestaan. Er is dus nog een enorme verscheidenheid aan hersenvormen te ontdekken. Of zoals Figueroa het lachend samenvat: misschien zijn daar wel tien mensenlevens en al zijn toekomstige studenten voor nodig.
We schreven vaker over dit onderwerp, lees bijvoorbeeld ook Nieuw hersencircuit verklaart waarom knaagdieren blijven knagen en Traumatisch hersenletsel bij kinderen werkt nog jaren door (en dit kun je ertegen doen) . Of lees dit artikel: Deze vissen hebben een soort ‘derde oog’ en nu weten we eindelijk wat hun brein ermee doet .
Uitgelezen? Luister ook eens naar de Scientias Podcast:
